Използването на специфични за приложението лагерни стомани и повърхностни обработки позволява значително да се увеличи надеждността на лагерите, което от своя страна допринася за намаляване на TCO на машините и оборудването (обща собственост на разходите).
За високоефективните лагери изборът и оптимизацията на (стоманени) материали играе централна роля в тяхното развитие. Поради тази причина инженерингът на материали е една от четирите основни технологии за изследвания и развитие в NSK.
Комбинация от специална сплав и специфична термична обработка е използвана за разработване на супер здравата стомана на NSK
Материална чистота
Животът на умора на легирани носещи стомани като 100 Cr6 (или SUJ2 в японския стандарт) например зависи главно от съдържанието на включването. В частност оксидните или неметалните включвания насърчават негативни ефекти под повърхността на пистата. Като пример е известно, че включенията на алуминиев оксид, които се образуват в процеса на окисляване по време на стопилката, могат да доведат до значително намаляване на живота на умората на лагера. Този ефект се създава, тъй като включенията на алуминиев оксид са относително твърди и могат да се разпаднат, когато стоманата се обработва, например по време на коване. Когато настъпи разпадане, включванията се свиват и отслабват микроструктурата.
Дълбокорезните сачмени лагери BNEQARTET се използват в задвижванията на електрически машини като домакински уреди
В партньорство с водещ производител на стомана, NSK разработи материали като Z стомана, EP стомана и BLEQUARTET, за да предотврати този тип негативен ефект. Някои от тези материали са произведени с помощта на специални процеси на топене, които намаляват неметалното съдържание и удължават живота на умората.
Термична обработка, специфична за приложението
Термичната обработка е друг параметър, който влияе върху специфичните характеристики на стоманите и следователно също така влияе върху лагерите. Това е фактът, поради което материали като стомана SHX на NSK са подложени на специфична топлинна обработка, която е особено устойчива на износване при високи работни температури. Лагери от този тип се изискват не само там, където топлината присъства като неразделна част от процеса, но и в приложения като машинни инструменти, където бързите скорости на шпиндела генерират високи температури в задвижващите компоненти.
По време на разработката характеристиките на стоманата SHX бяха доказани чрез цялостни тестове за износоустойчивост, включително тестове с четири топки и ролки, както и тестове за издръжливост на материали и повърхност.
Типичен модел на повреда: Бели зони за офорт под повърхността на материала
Разликата е в сплавта
Третият параметър в стремежа за по-голяма надеждност на лагера е сплавта. Сплавите могат да предотвратят или поне да намалят образуването на пукнатини в носещата микроструктура. Отново в сътрудничество с производителите на стомана, NSK разработи различни специални сплави за този профил на приложение.
Изгорени четириредови цилиндрични ролкови лагери, използвани като интегрирани планетарни лагери във вятърни турбини
Материали като супер здравата стомана на NSK идват от комбинирането на оптималната топлинна обработка със специална сплав (Image1). Например, втвърдяването на стоманите с помощта на процес като карбонитриране увеличава експлоатационния живот два пъти в сравнение с прогнозния експлоатационен живот при замърсени условия на смазване. В среди, където смазката има нормални примеси, експлоатационният живот на лагерите може дори да се увеличи с коефициент 10. Причината за това подобрено представяне е, че индуцираното от повърхността износване, причинено от недостатъчно смазване или замърсяване на смазката, е значително намалено. На свой ред, всякакви потенциални щети, причинени от „бели офортни пукнатини“ (WECs), се забавят.
Пример 1
Разработването на нови материали обикновено е в отговор на индустриалните тенденции или промени в изискванията за приложение. Такъв беше случаят с технологията BNEQUARTET, която NSK представи за първи път преди две години (Image2). BNEQUARTET първоначално е създаден в отговор на постоянното увеличаване на размера на пералните машини. Сферичните лагери с дълбок жлеб, намиращи се широко в пералните машини с предно зареждане в цяла Европа, са обект на неравномерно и асиметрично натоварване. С увеличаването на размерите на барабаните, по-високите товари за пране поставят още по-големи изисквания към лагерите.
Предимства на Super-TF при работа със замърсена смазка
В отговор експертите по материали на NSK се заемат с подобряване на състава на сплавта на специална стомана, която предотвратява образуването на пукнатини и вдлъбнатини в пистите и, най-важното, спира тяхното разпространение. Освен това тази стомана е особено чиста. Наборът от мерки, прилагани в технологията BNEQARTET, доведе до удвояване на експлоатационния живот на лагерите, докато е под голямо натоварване и неблагоприятни условия на околната среда.
Пример 2
Друг пример за разработване на материали, ориентирани към приложение, идва от технологията на вятърните турбини. Тук под повърхността на материала могат да се получат повреди на лагерите под формата на WEC (Изображение 3). Тези бели структури от крехък ферит, които се образуват от промени в микроструктурата, могат да бъдат наблюдавани в гравирани и полирани напречни сечения на материала. Променените конструкции вече не могат да издържат на натоварванията, които се прилагат. WEC се формират и разпръскват, което води до повърхностни дефекти като отпадъци или WSF (лющене на бяла структура).
Керамичните компоненти и покрития за лагери са допълнителна област на изследване в NSK
Учените никога не са успели да обяснят напълно причините за WEC. Съвременното мислене предполага, че условията са причинени от ефектите на взаимодействието на компонентите в задвижването. Те включват динамика, смесено триене, електрически заряди / токове, химични фактори, приплъзване / плъзгане и дифузия на водорода.
Разработване на контрамерки
Благодарение на успеха в репликирането на WEC в лабораторията, впоследствие NSK успя да разработи контрамерки, които включват изгаряне на закалени с мартензит носещи стомани, заедно със специфични други материали (Image4). Доказано е, че този допълнителен процес значително забавя появата на WECувреда.
Друг ефективен метод за намаляване на вероятността от повреда на WEC е използването на лагерни пръстени, изработени от здравата стомана на NSK. Използвайки тази комбинация от обработка на материали и повърхности, динамичното натоварване може типично да се подобри с 23%, което при търкалящите лагери е еквивалентно на удвояване на живота на умора.
Намаляване на щетите от WEC
По отношение на повърхностно-индуцираното износване поради лошо смазване или замърсена смазка, това е значително намалено с използването на лагери STF (Изображение5), докато потенциалните повреди на WEC се забавят. Поредица от тестове на NSK показаха, че времето преди началото на повредата е удвоено.
Друга изгодна стратегия е да се използват лагерни пръстени, изработени от „Anti-White Structure-Tough“ (AWS-TF), патентован NSK материал, който е разработен специално за предотвратяване на повреди от WEC. В обширна серия от тестове експлоатационният живот на конвенционалните стоманени лагерни пръстени беше измерен до момента, в който бяха открити WECувреждания. След това тестовите серии бяха повторени с AWS-TF. След осем пъти повече експлоатационен живот от конвенционалните стоманени лагерни пръстени, в материала не бяха открити WEA (бели зони за офорт).
Пластмаси и керамика
Разработката на материали в NSK не се отнася само до стоманата. Пластмасовите материали, както и цветните метали, като например месингът, също се тестват, за да се направят точно насочени подобрения в характеристиките на клетките. на лагерите и тяхната устойчивост на износване. По този въпрос NSK наскоро представи керамична разработка, наречена HDY2, която се отличава с оптимизирани характеристики на изолацията и топлопроводимостта.
И накрая, друга област на фокус при разработването на материали се отнася до смазочни материали. Трибологията е отделна основна компетентност в изследователската и развойна организация на NSK, заедно с технологията за материали.